实践八号卫星飞行环境中不同因素对小麦的诱变效应

以实践八号育种卫星1×g离心机、铅屏蔽室和卫星舱内同时搭载处理的3个小麦品种为材料,分别分析同一飞行环境下空间辐射、空间微重力和空间综合环境作用对小麦的损伤特点,比较研究其对小麦品种的诱变效应。结果表明,空间综合因素处理抑制了小麦轮选987和新麦18当代(SP₁代)的苗期生长,而对周麦18没有显著影响,空间辐射单因素处理只对轮选987有显著的抑制作用,而空间微重力对3品种的抑制作用都不显著;成熟后3种处理对各农艺性状的影响都不存在显著差异。3个小麦品种SP₂代均出现株高、穗长、千粒重等多种表型性状突变;轮选987和新麦18都表现空间综合环境因素诱发的突变频率高于其他2个单一因素,而空间微重力的突变效应最小。在新麦18空间综合因素处理的群体中,还发现了叶片条纹状白化突变体(0.48%)并可以遗传到后代。上述结果证实,在空间条件下宇宙射线和微重力的共同作用具有累加的效应,宇宙射线是产生变异的主要因素,空间微重力的单独作用也可以导致变异的产生。     

空间环境诱变小麦叶绿素缺失突变体的主要农艺性状和光合特性

叶绿素缺失突变体对于研究植物光合作用机制, 揭示叶绿素生物合成与降解途径, 发掘鉴定光合作用相关新基因以及了解基因间的相互作用有重要意义。空间诱变创制的小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶色表现为完全白化、条纹和绿3种类型, 其中完全白化株叶片完全白化, 于苗期死亡; 条纹株叶片为绿白相间的条纹, 能够正常成穗结实, 但其株高、穗长、株粒数、株粒重、千粒重都显著低于原始亲本, 生育期比原始亲本延长5~7 d; 绿株与原始亲本没有显著差异。初步遗传分析表明, Mt135是一个由核质基因共同作用的突变材料。对突变体及其原始亲本叶绿素荧光动力学参数分析表明, 当光照强度为110 μmol m^-2 s^-1时, 条纹株绿色组织光系统II的最大量子产量与原始亲本无显著差异, 光系统II的潜在活性显著低于原始亲本, 而光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数、实际量子产量、调节性能量耗散的量子产量、非调节性能量耗散的量子产量在不同的生育期间变化不同。另外, 不同的光照强度下, 条纹株绿色组织的电子传递速率、光化学猝灭系数、实际量子产量的变化也不相同。条纹株白色组织和完全白化株则完全失去光合能力。上述结果证实, 小麦叶绿素缺失突变体Mt135的光合作用受到很大的影响, 光合特性发生了改变, 较高的光照强度在拔节期对突变体影响较大, 抽穗期影响相对较小。条纹株光合特性的改变与其株高、穗长和产量相关性状显著降低的结果相互印证。     

实践八号育种卫星搭载植物种子的空间辐射剂量分析

为了探明植物种子在空间搭载后发生一系列改变的原因,尤其是探寻空间辐射与突变发生的内在关联,设计了"照相定位"实验法,采用CR-39固体核径迹探测器来探测空间重离子,并利用空间重离子径迹与植物种子的相对位置,来确定被重离子击中的种子及其击中部位;同时用LiF热释光片测量种子所受的较低LET空间辐射的剂量。结果表明,"照相定位"法简便易行,经济实用,并极大地缩短镜下分析时间;最终测得空间重离子注量率为4.44个/cm2.d,种子所受较低LET空间辐射的平均剂量为4.79mGy。     

高能混合粒子场辐照小麦M_1代变异的SSR分析

本试验利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能次级混合粒子场,模拟次级宇宙射线,分别以0、109、145、195、284和560Gy剂量处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,并与相同剂量的60Coγ射线相比较,研究混合粒子场辐射处理对小麦幼苗生长和微卫星(SSR)标记谱带变化的影响。试验结果表明,随着混合粒子场处理剂量的增加,小麦幼苗生长受到的损伤逐渐增加。SSR标记分析结果发现,小麦B基因组的多态性位点频率占总多态性频率的46%,在3个基因组中最高,可能为“热点”突变基因组。高能混合粒子场对冬小麦幼苗的生长抑制和微卫星DNA的损伤效应大于γ射线。     

小麦诱变育种新技术研究进展

诱发突变技术在小麦品种改良中具有重要作用。本文简要介绍了小麦诱变育种的一些新技术的研究概况,从诱变机理、诱发的生物学效应、新种质材料的创造和新品种选育等不同的角度介绍了离子束注入、航天诱变和生物因素诱变等小麦诱变育种新技术及小麦突变体筛选技术的最新研究进展,并对小麦诱变新技术的发展前景予以讨论和展望。     

植物诱发突变技术育种研究现状与发展前景

自1928年以来,诱发突变技术应用于农作物新材料创制和优良新品种培育已经在解决世界粮食安全与营养供给中发挥显著作用。据不完全统计,截至2009年9月,世界上60多个国家在170多种植物上利用诱发突变技术育成和推广了3088个突变品种,其中中国在45种植物上育成了802个突变品种,占目前国际诱变育成品种数据库中总数的四分之一而位居世界第一。中国育成的突变品种年最大种植面积900万hm2,每年为国家增产粮、棉、油10~15亿kg,社会经济效益超过20亿元。近年来,加速器离子束辐照、空间环境诱变等新型诱变手段,以及传统核辐射诱变技术的有效利用等在我国农作物诱变改良与新基因挖掘中的应用日趋活跃。植物基因组学和高通量DNA技术（如TILLING等）的发展将把传统诱变育种推向分子突变育种新时代,并将在支撑我国及世界粮食安全领域发挥更大作用。     

小麦叶绿素缺失突变体Mt6172及其野生型叶片蛋白质组学双向差异凝胶电泳分析

以空间环境诱变获得的小麦叶绿素缺失突变体Mt6172的白化苗及其野生型邯6172的叶片为材料,进行双向差异凝胶电泳(2D-DIGE)蛋白质组学分析。在1645个蛋白点中,发现100个差异1.5倍以上的蛋白点,对在分析胶中得到的85个点进行质谱鉴定,最终鉴定出29种差异蛋白的62个差异点,其中50个表达下调,12个表达上调,可分为10个功能群。表达下调的蛋白主要定位于叶绿体中,包括光系统I、光系统II、NAD(P)H脱氢酶复合体和ATP合酶的部分亚基,以及参与卡尔文-本森循环、糖代谢和应激反应的蛋白。非叶绿体蛋白中的大部分表达上调,主要参与抗氧化反应、转录激活和蛋白质折叠等途径。初步推断,光合作用主要蛋白复合体的缺失、叶绿体抗氧化能力的下降和叶绿体RNA转录后编辑途径受阻等可能是Mt6172白化致死的重要原因。     

小麦花药液体漂浮离体培养体系的建立与应用

为了建立高效的小麦花药离体培养体系,对6个小麦品种（系）的5个花药离体培养性状进行了鉴定,并利用6种不同时间的低温预处理对两个小麦品种幼穗进行了处理效果的探讨。结果表明,6个品种（系）的出愈及绿苗分化能力均较强,愈伤组织诱导率、绿苗分化率和绿苗产率分别达到116.48%、5.79%和10.25%以上,初步建立了小麦花药液体漂浮离体培养体系,其培养效果好于固体培养方式。6种不同时间的低温预处理培养结果表明,幼穗经4 ℃低温预处理后,愈伤组织诱导率、绿苗分化率及绿苗产率与对照相比均表现下降的趋势,白苗分化率及白苗产率具有增加的趋势,说明未进行低温预处理的适期幼穗培养效果更好。     

对于能源利用、环境质量与经济发展的关系研究

当前阶段中国经济已经无法沿用传统的粗放经营的方式取得进一步的增长,面对这一现状中国政府积极进行了经济增长模式的改革,由此经济增长改革成为了中国社会各界人士关注的一个重点,也逐步地成为了世界经济研究的焦点。人类社会在经济发展的过程之中不可避免地需要消耗大量的能源,且经济发展的生产活动不可避免地对自然环境造成了一定的影响,因此经济发展、能源利用和环境质量三者之间存在着一定的关系。深入研究三者之间的关系对于提升能源的利用效率,改善经济发展的过程之中对环境造成的负面影响具有非常积极的意义。     

小麦矮秆突变体DC20赤霉素合成及信号转导途径关键基因表达分析

小麦矮秆突变体DC20是经高能混合粒子场处理得到的,表现为赤霉素敏感型。本文采用实时荧光定量PCR技术,研究该突变体矮秆性状与GA合成及信号转导途径相关基因表达的关系。共检测编码GA合成途径关键酶和编码信号转导途径作用因子的10个关键基因。其中,编码内-贝壳烯杉氧化酶(KO)的GA3基因和编码正调控因子基因GAMYB的表达量极显著下调,下调倍数分别为20.0、3.1;2个编码负调控因子基因GAI和SPY显著上调,上调倍数分别为2.3、1.3。外源GA3(赤霉酸)处理能够抑制编码负调控因子基因GAI、SPY和RGA的转录,而GA合成关键酶基因GA3及正调控因子基因GAMYB转录水平显著升高表明DC20矮秆基因对GA相关途径的受外源GA3的调节。